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7/27/2019 Dtection du segment S-T de lECG par la spline
quadratique
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SETIT 20053rdInternational Conference: Sciences
ofElectronic,
Technologies ofInformation andTelecommunicationsMarch 27-31,
2005 TUNISIA
Dtection du segment S-T de lECG
par la spline quadratique
N. Djouaher*, Z. Amirou*, M. Djeddi**1Laboratoire LAMPA
Dpartement dElectronique, Facult de Gnie Electrique et
dInformatique
Universit Mouloud Mammeri Tizi-Ouzou,
[email protected]
[email protected]
2 Universit de Boumerdes, [email protected]
Rsum:Le traitement automatique de l'ECG consiste essentiellement
la dtection des points caractristiques designal qui sont un outil
important dans la diagnostic des maladies cardiaques. Les plus
appropris sont la dtection ducomplexe QRS aprs quoi une analyse et
une dlination plus complte de chaque battement peuvent tre
obtenues.Dans ce travail nous discutons une technique applique la
dtection des diffrentes ondes constituant le signal pardcomposition
dyadique en utilisant une ondelette biorthogonale. Connaissant les
valeurs (dure et amplitude desdiffrentes ondes constituant le
signal cardiaque dun sujet sain, on se propose de calculer les
caractristiques dusegment S-T afin de dtecter les battements du
type PVC.La mthode a t dveloppe dans MATLAB, qui est un
environnement particulirement proportionn permettant la
comparaison et/ou la combinaison des mthodologiesMots
cls:Dcomposition dyadique, signal cardiaque, spline
quadratique.
1. Introduction :
L'analyse du signal cardiaque (ECG) est trslargement utilise
dans le diagnostic des diffrentespathologies. L'ECG est constitu
d'une succession de03 ondes de diffrentes spectres (Onde P, Onde T
et lecomplexe QRS ) figure.1.La recherche de pathologie
consiste dtecter et identifier les diffrentes ondesconstituant
le signal ECG, mesurer leurs dures ainsique leurs amplitudes et
enfin tablir un diagnostic.Dansce sens on se propose de raliser
cette analyse par lareprsentation temps chelle (ondelettes ).
Figure.1Les ondes d'un cycle cardiaque [6]
2. Principe de lanalyse multirsolution :
Les variations de la forme dun signal sontcaractrises partir de
sa premire ou sa secondedrive.
Si on suppose que (t) est deux fois diffrentiable, ondfinit deux
fonctions
( ) ( )2
2
dt
dtet
dt
dt
ba
==
Do :
( ) ( )+
+
== 00 dttetdtt ba
Si on choisit comme ondelette mre la premire ou la
deuxime drive de (t), on aura alors :
( ) ( ) ( ))(*)(* tfdt
dsttftfw s
a
ss ==
et
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( ) ( ) ( ))(*)(*2
22
tfdt
dsttftfw s
b
ss ==
Ainsi les signaux obtenus (coefficients dondelettes)sont
respectivement proportionnels la premire et la deuxime drive du
signal f(t) liss par la fonction
(t) cette chelle.[1],[2],[3] et [4] :
3. Transforme en ondelette dyadique:
La transforme en ondelette dyadique est unchantillonnage en
chelle de la transforme continuesuivant une suite gomtrique de
raison 2.
Pour un certain choix de l'ondelette, la transformeen ondelette
dyadique peut s'implmenter par un bancde filtres numriques.
Nous allons utiliser les familles dcrites [1] et [2],dans ce
cas, l'ondelette est antisymtrique /symtriqueet gale la premire /
deuxime drive d'une
fonction passe bas (t) dont la transforme de Fourierest donne
par:
( )( )
1
4/
4/sin++
=rp
w
ww
La transforme de Fourier de l'ondelette (t) et lafonction
d'chelle (t) sont donnes par les quationssuivantes:
( )( ) 1
2/
2/sin
+
=
p
w
ww
( ) ( )( ) 1
4/
4/sin
++
=
rpr
w
wjww
Est la spline d'ordre p+r, quand son ordre augmente,elle est
caractrise par une trs bonne localisationfrquentielle au dtriment
d'un largissement de sonsupport temporel.
4. Algorithme de dtection:
L'algorithme de calcul de la transforme enondelette discrte est
donn comme suit [1] et [2]:
j=0
Tant que j
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6.1 Dtection De la dure du complexe QRS :
Afin de dterminer la dure de complexe QRS onprocde comme suit en
utilisant d1 et d2:
1-Localiser l'instant "t_R" d'apparition du picR, qui correspond
au passage par zro entre les deuxextremas les plus dominants.Les
extremas locaux sont calculs partir du module
des coefficients en ondelettes. Ainsi si :( )
( ) imumnd
sielseimumnd
j
j
min0
max0
p
f
2- Localiser n1 et n2, les abscisses desextremas dominants
respectivement gauche et droite du pic R.
3-Localiser ensuite les instants td_Ret tf_Rcorrespondant
respectivement du dbut et lafin du complexe QRS.
4-Calculer la dure du segment Nj ncessairepour le calcul de la
dure du complexe QRS.
6.2 Dtection de lamplitude de londe R :
L'amplitude du pic R est calcule comme suit enutilisant
l'approximation a1:
( )
=
2
)_()_(_1 111
RtfaRtdaRtakAmpR
Avec k1 une constante
100 150 200 250 300 350 400 450-2
0
2signal ecg
100 150 200 250 300 350 400 450-0.5
0
0.5dtail1
oo
100 150 200 250 300 350 400 450-2
0
2appr1
100 150 200 250 300 350 400 450-1
0
1dtail 2
o o
100 150 200 250 300 350 400 450-1
0
1 appr2
Figure.4 Localisation du pic R repr par "*" et la dure
ducomplexe par "o"
6.3 Dtection de l'onde P:
La localisation de l'onde P est identique celle ducomplexe QRS
sauf que dans ce cas on utilise lesdtails d3 et d4. Aprs plusieurs
simulations onconstat que l'onde P se situe au environs de
40chantillons gauche de dbut du QRS.
6.4 Dtection de lamplitude de londe P :
L'amplitude de l'onde P es dtermine partir desapproximations a3
et a4 telle que:
( )
=
2
)_()_(_ 333,33
PtfaPtdaPtakAmp PP
( )
+=
2
)_()_(_ 444,44
PtfaPtdaPtakAmp pP
4
343
sin
pp
pppp
AmpAmp
on
AmpAmpAmpAmp
=
=
6.5 Dtection de l'onde T:
Le meilleur intervalle de recherche est auxenvirons de 100
chantillons droite de tf_R ducomplexe QRS. La dure de l'onde T et
l'instantd'apparition du pic T sont dtermins de la mmemanire que le
complexe QRS en utilisant les dtailsd3 et d4.
6.6 Dtection de lamplitude de londe T :
L'amplitude de l'onde T est dtermine partir desapproximations a3
et a4 en utilisant les quationssuivantes:
( )
=
2
)_()_(_ 333,33
TtfaTtdaTtakAmp TT
( )
+=
2
)_()_(_ 443,44
TtfaTtdaTtakAmp TT
4
343
sin
TT
TTTT
AmpAmp
on
AmpAmpAmpAmp
=
=
100 150 200 250 300 350 400 450-2
0
2dtail3
100 150 200 250 300 350 400 450-1
0
1appr3
100 150 200 250 300 350 400 450-2
0
2
dtai4
100 150 200 250 300 350 400 450-0.5
0
0.5appr4
Figure.5Localisation du pic P et T
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7. Rsultats et discussion :
Les paramtres desdiffrentes ondes de lECG sontdtermines dans le
domaine transform o on constatquil y a une perte dans les
amplitudes par rapport audomaine temorel. Pour cela on a introduit
uneconstante qui va traduire ces pertes. Daprs [3], Cetteconstante
est donne par lquation suivante:
j
mNj
NK
m2
6.11, +=
Avec : j est lchelle utilise( 1,2,3 et 4) et Nm lenombre
dchantillons du support de londe considre.M dsigne les ondes P et T
et le complexe QRS.
Lalgorithme dcrit prcdemment est test surdiffrents types de
signaux de la base de donnes MIT database [6]. Sur les tableaux 1
et 3 sontdonns les diffrents paramtres estims par cetalgorithme
pour les signaux reprsents respectivementsur les figures 6, et
7.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Figure.6 Signal normal sele0406b [6]
Batt1 Batt2 Batt3
Est Act est act
D_QRS 20 22 16 15 16 15
Dure_P 30 31 40 39 38 40
Dure_T 53 54 56 57 57 59
Amp _R 0.202 0.227 0.260 0.278 0.261 0.280
Amp_P 0.017 0.019 0.019 0.025 0.016 0.020
Amp_T 0.071 0.069 0.075 0.074 0.085 0.084
Seg PR 6 7 2 6 3 5
Seg ST 24 20 24 24 23 21
Seg RR - - 228 227 216 216
Tableau.1 paramtres calculs et estims
Dans le cas des battements de type PVC (prematureventricul
contraction) figure (7),
0 100 200 300 400 500 600 700 800 9000.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
battement cardiaque de type PVC
Figure.7 cas de battement de type PVC de
lenregistrement 208 [6].
Le segment ST est inexistant. Dans ce cas il ya chevauchement
entre le premier extrema de l'onde T
et le deuxime extrema du complexe QRS. Pour ladtermination de
l'onde T, l'estimation de la dure ducomplexe QRS et de l'onde T se
fait en mme temps.Ainsi la dure de l'onde T est donne par:
QQTT NNN = Et l'instant t_T d'apparition du pic T est donn
par:
2/2/__TQTT
NNRtt ++= Les rsultats obtenus se rsument sur le
tableausuivant:
Batt1 Batt2 Batt3
Est act est act
D_QRS 21 20 61 62 63 64
Dure_P 45 45 0 0 0 0
Dure_T 100 100 76 77 81 81
Amp _R .311
.327 .364 .367 .38 .392
Amp_P .032
.031 0 0 0 0
Amp_T .082
.081 -.136
-.10 -.152
-.113
Seg PR 13 15 0 0 0 0
Seg ST 32 30 0 0 0 0
Seg RR - - 197 197 201 201
Tableau.2 paramtres calculs et estims
Conclusion:La caractrisation des paramtres normaux ou
anormaux des diffrentes morphologies du signalcardiaque est trs
intressante pour la dtection deplusieurs anomalies L'utilisation de
l'analyse
multirsolution, en adoptant comme base d'ondelette laspline
quadratique semble trs prometteuse pour unetelle caractrisation.
Les rsultats obtenus montrent queles amplitudes et les diffrents
segments de l'ECGpeuvent tre estims avec une bonne prcision.
Uneamlioration est envisageable c'est la dlimitationautomatique
d'un battement cardiaque en utilisant soitles rseaux de neurones
soit par les chanes de Markovcaches.
References:
[1] Mallat. S & Zhang Z, " Chracterisation of signals
frommultiscale edges ", IEEE Trans on PAMI,vol14,No.7,July
1992.[2] N.Sivannarayana, D.C. Reddy "Biorthogonale wavelet
Transforms for ECG parametres Estimation "MedicalEngineering and
physics 21 (1999), pp:167-174.
[3] I.Koren & A.Laine, A discret dyadic wavelet
formultidimensional feature analysis, Time Frquency andwavelet
Transforms in Biomedical Engineering ,New York,
Ny,: IEEE press,1997.
[4] JP. Martinez, S.Olmos, P.Laguna. Evaluation of a
waveletBased waveform detector on the QT Database
ElectronicsEngenniring and Communications Dpt , University of
Zaragoza, Spain.
[5] base de donnes MIT-http://www.physionet.org[6] M.Chauvin,
A.Leenhardt. Electrocardiogramme :
indications et interprtations
